(57)【要約】  【課題】  製造工程内で一度螺合されたヘッダーを製造工程内で再度取り外し、不具合を修正することが可能となるように、ねじの螺合によるヘッダーを取り付けるものであって、輸送、運搬時の振動や衝撃などによるケースとヘッダーのねじの緩みを確実に防止し、ヘッダーに穴をあけることによる部材の強度低下を考慮する必要がなく、溶着穴による意匠性の低下がない中空糸膜モジュールを得る。  【解決手段】  中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじに超音波溶融部を備え、対向するねじやその周辺の樹脂が溶融し、ねじの緩みを確実に防止するものである。  【選択図】  図２
2006181420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじの少なくとも一部が超音波溶融部であることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項２】
中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじの一部に、超音波溶融部を設けてなることを特徴とする中空糸膜モジュール。
【請求項３】
超音波溶融部がらせん状山形突起であることを特徴とする請求項２に記載の中空糸膜モジュール。
【請求項４】
溶着完了を示すマークをホーンが当接した面に備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【請求項５】
血液浄化に用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の中空糸膜モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空糸膜モジュールに関し、特に血液浄化、血液透析、水濾過および血漿分離器などに好適な中空糸膜モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、中空糸膜モジュールは、一端に処理液入口ポートを備え、他端に出口ポートを備えた円筒状の本体ケースに中空糸膜束が充填され、ポリウレタン樹脂などのポッティング材によって中空糸膜束が本体ケースに固定されており、被処理液ポートを備えたヘッダーが本体ケース両端部に取り付けられている。被処理液および処理液は、中空糸膜モジュール内部を流通するため、中空糸膜モジュール内部は液密を保つ必要があり、そのため、従来は、下記（１）と（２）のような方法が用いられている。
【０００３】
（１）ねじとＯリングによる方法
（２）超音波溶着による方法
しかしながら、上記の従来技術には次のような問題があった。すなわち、上記（１）ねじとＯリングによる方法は、Ｏリングを装着した後にねじによりヘッダーを取り付けることによってＯリングをつぶし、Ｏリング部で液密を保つ方法であるが、ヘッダー取り付け後の工程や、輸送および運搬時の振動、衝撃などによりねじが緩むという問題があった。図８は、従来中空糸膜モジュールの拡大一部断面図である。前記のような問題を解決するため、図８に示すように、ねじ山に接着剤／溶剤１６を注入し、ヘッダー１と本体ケース２を接合することによってねじの緩みを防止する方法が用いられることがあるが、接着剤や溶剤の取り扱いに手間がかかりコストアップにもつながることがあった。
【０００４】
また、上記（２）超音波溶着による方法とは、ヘッダーと本体ケースを超音波溶着により固定する方法で、上記（１）のねじとＯリングによる方法と比較して、輸送や運搬時の振動や衝撃などによる緩みがなく、確実な固定が得られるが、製造工程内で一度溶着されたヘッダーは、工程途中で外観を損なわずに再度取り外すことが困難であった。そのため、ヘッダー溶着後にヘッダー部に異物や傷などの不具合が発見された場合であっても、ヘッダーを取り外し、異物を除去したり、ヘッダーを交換するなどの補修が不可能であった。そのため、補修不可能な不具合品は廃棄されることとなり、工程収率を悪化させる原因となっていた。
【０００５】
これらの問題を解決すべく、ヘッダーを取り付けた後、ヘッダーの側方にホーンを当接し、超音波振動を印加しながらホーンを本体ケースに到達するまで押し込むことによって、ホーン周辺部分が溶融し合い、ヘッダーと本体ケースを補強する方法が提案されている（特許文献１参照）。図９は、従来の他の中空糸膜モジュールの拡大一部断面図を示している。この方法においては、補強の際に、ヘッダーを貫通し本体ケースに到達する深さの穴をあけるため、溶着穴１７によるヘッダー部材の強度低下を防ぐために、部材の肉厚を厚くしたり、溶着位置を考慮する必要があった。また、溶着穴１７による意匠性の低下、溶融した樹脂がヘッダー外部にはみ出すことによる意匠性の低下などの問題点があった。
【特許文献１】特開２００１−２６９５４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の目的は、従来の技術における上述した問題点を解決するもので、製造工程内で一度螺合されたヘッダーを製造工程内で再度取り外し、不具合を修正することが可能となるように、ねじの螺合により本体ケースにヘッダーを取り付け可能とし、輸送や運搬時の振動や衝撃などによる本体ケースとヘッダーのねじの緩みを確実に防止し、ヘッダーに穴をあけることによる部材の強度低下を考慮する必要が無く、溶着穴による意匠性の低下がない、中空糸膜モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、以下に示す本発明に到達した。
【０００８】
すなわち、本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじの少なくとも一部が超音波溶融部であることを特徴とする中空糸膜モジュールである。
【０００９】
また、本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじの一部に、超音波溶融部を設けてなることを特徴とする中空糸膜モジュールである。
【００１０】
また、本発明の中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、前記の超音波溶融部は、らせん状山形突起である。
【００１１】
また、本発明の中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、本発明の中空糸膜モジュールは、溶着完了を示すマークをホーンが当接した面に備えている。
【００１２】
また、本発明の中空糸膜モジュールの好ましい態様によれば、本発明の中空糸膜モジュールは、血液浄化に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製造工程内で一度本体ケースに螺合されたヘッダーを製造工程内で再度本体ケースから取り外し、不具合を修正することが可能となるように、ねじの螺合によりヘッダーが本体ケースに螺合されたモジュールであって、輸送や運搬時の振動や衝撃などによる本体ケースとヘッダーのねじの緩みを確実に防止し、ヘッダー部材の強度低下や溶着穴による意匠性の低下のない中空糸膜モジュールが得られる。
【００１４】
また、本発明の中空糸膜モジュールは、溶着完了を示すマークを備えているから、溶着済みであることが目視により確認可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の中空糸膜モジュールは、中空糸膜束と、前記中空糸膜束を収納する本体ケースと、前記本体ケースの端部にねじにより螺合されたヘッダーとを備えた中空糸膜モジュールにおいて、前記ねじの一部が超音波溶融部であることを特徴とする中空糸膜モジュールであり、前記超音波溶融部をらせん状山形突起とすることができる。
【００１６】
本発明において、ねじの一部が超音波溶融部であることには、
（ａ）ねじの少なくとも一部が超音波溶融部であること、すなわち、ねじ自体が超音波溶融されている部分を有すること、および
（ｂ）ねじの一部に超音波溶融部を設けてなること、すなわち、ねじに別途、超音波溶融部を設けること、
の態様が含まれている。
【００１７】
本発明における中空糸膜モジュールとしては、中空糸型人工腎臓に代表される血液透析器、血漿分離器、血漿成分分離器、血液濾過器、血漿成分吸着器、人工肺およびエンドトキシン除去フィルターなどの医療用モジュール、吸着材を充填した吸着モジュール、および化装置用のモジュールなどが挙げられる。
【００１８】
次に、本発明の中空糸膜モジュールについて、図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第一の実施の形態であり、中空糸膜モジュール全体を例示する側断面図である。
【００２０】
図１において、中空糸膜モジュールは、中空糸膜束４と、その中空糸膜束４を収納する本体ケース２と、その本体ケース２の端部にねじ７により螺合されたヘッダー１とを備えている。ヘッダー１は、被処理液を中空糸膜束４に導入または導出するための管材５を有する蓋材である。中空糸膜束４は、本体ケース２内に充填され、中空糸膜束４の両端部は、ポリウレタン樹脂６等で本体ケース２に固定されている。ヘッダー１と本体ケース２の間にＯリング３を装着し、ヘッダー１と本体ケース２を台形のねじ７により螺合することによってＯリング３をつぶし、ヘッダー１と本体ケース２は液密にシールされる。
【００２１】
本発明において、ねじとは、らせん状に凹凸を備えて本体ケースとヘッダーとを螺合するもののことであり、形状は任意であるが、大きな締め付け力に耐え得ることができる点で、台形ねじが好ましい。また、ねじのピッチや径などは、後に詳述する超音波溶融部がおねじとめねじの間に配置することが可能あれば特に規定しない。
【００２２】
本体ケース２およびヘッダー１の材質としては、超音波溶着が可能な熱可塑性樹脂が好適で、特にポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびＡＢＳ樹脂が、超音波溶着時の超音波振動が溶着部まで伝達し易い点で、好ましく用いられる。
【００２３】
中空糸膜束４の材質としては、例えば、セルロース、セルロース誘導体、ポリメチルアクリレート、ポリプロピレンおよびポリスルホンなどが挙げられる。
【００２４】
図２は、図１に示した中空糸膜モジュールの端部の部分断面図である。図２において、ヘッダー１と本体ケース２を螺合している台形のねじ７のヘッダー側ねじ先端平面部に、らせん状の山形突起である超音波溶融部８を備えており、この超音波溶融部８は対向するねじの平面部に接している。
【００２５】
本発明において、らせん状の突起とは、ねじ７に沿ってらせん状に形成された突起のことであり、このようならせん状の突起は、ねじと同様に全周に形成されるため射出成形が容易となり、溶着の際に中空糸膜モジュールの周方向についての位置決めが不要となる点で、好ましい態様である。また、超音波溶融部８の断面形状は任意であるが、先端が対向するねじ７に向って先細である山形突起であると、先端に超音波振動が集中する点で好ましい態様である。超音波溶融部８の底辺は、台形ねじの平面部の長さに比較し、０．２倍から０．６倍程度であると、十分な溶着強度が得られ、溶融した樹脂がはみ出すことなく溶着することができる。また、超音波溶融部８の高さは、ねじの螺合に障害を与えない高さであって、溶着時に対向するねじ部に接触する高さとするため、おおよそ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度が好ましい。
【００２６】
超音波溶融部８は、ねじの山部や谷部、側面部のいずれかに設けていれば良く、本体ケース２側とヘッダー１側どちらのねじに設けても良いが、ホーンを当接するワークには、ホーンからの超音波振動が直接伝達され、減衰も少ないため、ヘッダー１側に超音波溶融部８があることで効率的に溶融することができる。
【００２７】
ヘッダー側方のホーンが当接した面は溶着後も平滑であるが、後で詳述するように、ホーン先端に刻印部１５を設けることで、超音波振動を印加中に刻印部に接触しているヘッダー表面の樹脂をわずかに溶融させ、部材強度や意匠性を低下させることなく溶着完了を示すマーク９を付与することができる。
【００２８】
図３は、図１に示した中空糸膜モジュールにおけるねじ部分を例示する部分断面図である。
【００２９】
図３において、超音波振動を印加された超音波溶融部８は、螺合により対向しているねじ７に叩きつけられ、超音波溶融部８とその周囲の樹脂温度が急速に上昇する。これにより超音波溶融部８は溶融し、対向するねじ部と相互に溶融し合い、接合される。同時に、超音波溶融部８以外でもヘッダーねじと本体ケースねじの接触しあう部分は超音波振動によりその温度が上昇し、相互に溶融し合い、接合される場合もある。溶融した樹脂は、ねじ螺合部の隙間において固化するため、ヘッダー外部に樹脂がはみ出すことはなく、意匠性を低下させることはない。また、超音波溶融部は、瞬時に溶融温度に達して接合されるため、溶着により樹脂が劣化し白濁したりすることはなく、意匠性を低下させることはない。
【００３０】
図４は、本発明の中空糸膜モジュールにおける他のねじ部分を例示する部分断面図である。図４において、本体ケース２とヘッダー１はねじ７７により相互に螺合しており、ねじの断面形状は三角形である。図４において、超音波振動を印加されたねじ７７は、超音波溶融部８８となり、ホーンからの超音波振動が伝達する範囲にある超音波溶融部８８は、対向するねじ７７に叩きつけられ溶融する。
【００３１】
図５は、本発明で用いられる超音波溶着装置を例示する概略側面図である。図５において、発振器１９で発生した信号を受け振動子１８が振動し、ホーン１０はアクチュエータ１１によってヘッダー１に加圧を加えながら超音波振動を伝達する。これにより、ホーン１０の振動伝達範囲に形成されている超音波溶融部８は、超音波振動を印加され溶融を開始する。このとき中空糸膜モジュールは、ベース１３の受台１２に置かれている。
【００３２】
図６は、図５の超音波溶着装置で用いられるホーン形状を例示する斜視図である。図６に示すように、ホーン１０のヘッダー当接面１４は、円筒上ヘッダー１の外周曲面に沿うように、曲面を備えていると安定して振動を印加することができる。
【００３３】
図７は、図６のホーンのヘッダー当接面を例示する斜視図である。図７に示すように、ヘッダー当接面１４に、高さ０．１ｍｍ程度凸となった刻印部を備えていると、部材の強度を低下させることなく、溶着と同時にヘッダー表面に溶着完了を示すマーク９を刻印することができ、工程内、および出荷後にねじの緩みを確実に防止した製品であることが目視確認可能となる。刻印部は部材の強度を低下させない程度の大きさであれば良く、マークの形状は任意であるが、刻印部の面積が大きいと、超音波溶融部の先端でのみ発熱が生じ、刻印部において樹脂の発熱が進まないことがあるため、刻印部の面積を小さくすると明瞭な刻印が可能である。
【００３４】
ホーン１０の材質は特に規定しないが、十分な振幅を得られるように、アルミニウムやチタンなどの金属が好ましく用いられる。
【００３５】
また、本発明で用いられる超音波溶着装置は特に限定されないが、好ましくは１５Ｋｈｚ〜６０Ｋｈｚの周波数の超音波溶着装置が好適である。さらに周波数１５Ｋｈｚ〜４０Ｋｈｚ程度の超音波溶着装置を用いると、振動がねじ先端にまで伝達し易く、振動伝達面が荒れることなく良好な伝達溶着が可能である。また、振動が均一に伝わるように、モジュールを受けジグで受けると溶着結果が安定することがある。
【００３６】
以下、本発明の中空糸膜モジュールについて実施例を示すが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３７】
中空糸膜モジュールとして、本体ケースおよびヘッダーの材質がポリカーボネートであって、中空糸膜束の材質がポリスルホンである人工腎臓“トレスルホン”（東レメディカル（株）製、登録商標）を使用した。
【００３８】
本体ケースとヘッダーは、二条台形ねじにより螺合されており、台形ねじのピッチは２．５ｍｍで高さは１ｍｍ、平面部幅は１．２ｍｍである。ヘッダーの台形ネジ内径平面部の全周に渡って超音波溶融部を備えており、対向する台形ねじ平面部に接するように配置した。超音波溶融部の断面形状は、底辺Ａが０．３ｍｍ、高さＢが０．１ｍｍの２等辺三角形とした。ヘッダーと本体ケースは締め付けトルク２０Ｎｍでねじを締め付けたものを使用した。
【００３９】
超音波溶着機は、発振周波数２０Ｋｈｚのものを使用した。ホーンの先端形状は、ヘッダー外径に沿うように曲面を備えており、曲面の弦の長さＣが約２０ｍｍ、振動伝達部の幅Ａが約１０ｍｍとした。また、ヘッダー当接面の中央に高さ０．１ｍｍ、辺の長さが５ｍｍ×５ｍｍで線幅が１ｍｍの四角形である刻印部を設けた。対象物に与えた溶着条件は、加圧力２００Ｎで、溶着時間は０．５秒、ホーン先端振幅は２５μ(0-p)とし、ホーンをヘッダーに当接させ超音波振動を印加した。緩みトルク測定試験は、トルクレンチを用い、ヘッダーとケースが螺合しているねじを緩ませる方向で回転させ、ねじが完全に緩んだときのトルク値を読み取った。
【００４０】
上記方法で溶着したヘッダーの緩みトルク試験を実施した結果、緩みトルクは３０Ｎｍとなり、締め付けトルクと比較しても大きな値であることがわかった。溶着を実施した部分は、溶着穴による意匠性の低下がなく、溶着完了を示すマークが刻印された。また、超音波振動の印加時間、加圧保持による樹脂冷却時間を合わせたサイクルタイムは、１秒〜３秒程度であって、製造工程上、支障のない時間で溶着可能であることがわかった。
【００４１】
（比較例１）
実施例１で使用した中空糸膜モジュールの本体ケースとヘッダーを２０Ｎｍの締め付けトルクでねじ締めを行い、超音波溶着は行わなかった。このときの締め付けトルクと緩みトルク測定試験の結果、ヘッダーの緩みトルクは、１５Ｎｍで、実施例１に比較して小さく、実施例１が十分な緩み防止効果が得られていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の中空糸膜モジュールは、特に血液浄化、血液透析、水濾過および血漿分離器などに好適であり有用である。また、本発明は、中空糸膜モジュールに限らず、円筒容器と蓋材のねじの緩み止めなどにも応用することができるが、その応用範囲が、これらに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明のおける第一の実施の形態であり、中空糸膜モジュール全体を例示する側断面図である。
【図２】図２は、図１に示した中空糸膜モジュールの端部を例示する部分断面図である。
【図３】図３は、本発明の中空糸膜モジュールにおけるねじ部分を例示する部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の中空糸膜モジュールにおける他のねじ部分を例示する部分断面図である。
【図５】図５は、本発明で用いられる超音波溶着装置を例示する概略側面図である。
【図６】図６は、図５の超音波溶着装置で用いられるホーン形状を例示する斜視図である。
【図７】図７は、図６のホーンのヘッダー当接面形状を例示する斜視図である。
【図８】図８は、従来の中空糸膜モジュールの拡大一部断面図である。
【図９】図９は、従来の他の中空糸膜モジュールの拡大一部断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    ヘッダー
２    本体ケース
３    Ｏリング
４    中空糸膜束
５    管材
６    ポリウレタン樹脂
７    ねじ
８    超音波溶融部
９    マーク
１０    ホーン
１１    アクチュエータ
１２    受台
１３    ベース
１４    ヘッダー当接面
１５    刻印部
１６    接着剤／溶剤
１７    溶着穴
１８    振動子
１９    発振器
７７    ねじ
８８    超音波溶融部
【図１】
2006181420.tif 000003
【図２】
2006181420.tif 000004
【図３】
2006181420.tif 000005
【図４】
2006181420.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006181420.tif 000008
【図７】
2006181420.tif 000009
【図８】
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【図９】
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